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[CP2K] CP2K能否做电子打入水溶液的AIMD模拟

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发表于 Post on 2026-4-9 11:12:16 | 显示全部楼层 Show all |阅读模式 Reading model
本帖最后由 northern_mar 于 2026-4-11 09:46 编辑

各位老师好,近期看到一篇做电子束辐照催化的文章,因为他们组的文章可以说是电子束催化领域的标杆,所以想学习一下。
他们用AIMD过程描述反应过程,但是个人也觉得很奇怪,因为电子是不包含质量数的,所以没法像卢老师课上案例的质子轰击石墨烯层一样设置质子。因此想请教一下大家该如何模拟这个电子打入水溶液的过程?
2026/4/11:
又有新问题想请教一下各位老师,就是这种看起来反应上都难说会不会发生的过程(图3)用AIMD真的能跑出来吗?还是需要人为设定得比较好(就像GEO过程的建模至关重要)?还是只要等的时间够多就有一定几率能达到想要的情况呢?
因为文章SI部分也没有写是怎么寻找过渡态的,所以想请问一下各位老师,AIMD也可以用来搜索过渡态吗?因为讲义上也没找到相关例子,所以不知道是怎么操作的
文章地址:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c11505


图1 SI中实验方法部分

图1 SI中实验方法部分

图4 过渡态能垒计算

图4 过渡态能垒计算

图3 AIMD图

图3 AIMD图

图2 文章描述机理的部分

图2 文章描述机理的部分

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发表于 Post on 2026-4-9 11:45:24 | 显示全部楼层 Show all
我没时间具体看这文献,光从你贴出来的部分,并没有说具体怎么做。原理上CP2K没法设置让单独一个电子怎么运动,但可以描述水合电子
北京科音自然科学研究中心http://www.keinsci.com)致力于计算化学的发展和传播,长期开办极高质量的各种计算化学类培训:初级量子化学培训班中级量子化学培训班高级量子化学培训班量子化学波函数分析与Multiwfn程序培训班分子动力学与GROMACS培训班CP2K第一性原理计算培训班,内容介绍以及往届资料购买请点击相应链接查看。这些培训是计算化学从零快速入门以及进一步全面系统性提升研究水平的高速路!培训各种常见问题见《北京科音办的培训班FAQ》
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发表于 Post on 2026-4-10 13:39:26 | 显示全部楼层 Show all
本帖最后由 ultramanm87 于 2026-4-10 13:42 编辑

看描述就是charge -1然后用PBE0跑AIMD。这个截断够吗?rel_cutoff呢?

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发表于 Post on 2026-4-10 14:44:39 | 显示全部楼层 Show all
看上去就是水合电子AIMD。如果你也是水溶液,不如试试 PBEh40-rVV10,在水合电子与小分子溶液体系里效果应该是目前最好的。
当然,这个泛函为了保证水的 gap 足够大把 HF 调的很高,结果就是校正后的水合电子VDE很准,但是溶质的应该会明显高估。

原文献:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.7b00699
塞个私货:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.0c01123

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发表于 Post on 2026-4-10 15:05:55 | 显示全部楼层 Show all
这竟然算的动吗,非常有钱的感觉

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-4-11 09:31:41 | 显示全部楼层 Show all
ultramanm87 发表于 2026-4-10 13:39
看描述就是charge -1然后用PBE0跑AIMD。这个截断够吗?rel_cutoff呢?

不太清楚 SI中关于理论计算的描述就只有这些了

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-4-11 09:38:52 | 显示全部楼层 Show all
highlight 发表于 2026-4-10 14:44
看上去就是水合电子AIMD。如果你也是水溶液,不如试试 PBEh40-rVV10,在水合电子与小分子溶液体系里效果应 ...

好的,谢谢您!
也感觉蛮奇怪的,因为论文中认为的机理是水合电子跟氢离子结合成氢自由基,然后再活化N2。也感觉蛮神奇的,AIMD居然能跑出来这么复杂的反应过程。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-4-11 09:48:25 | 显示全部楼层 Show all
sobereva 发表于 2026-4-9 11:45
我没时间具体看这文献,光从你贴出来的部分,并没有说具体怎么做。原理上CP2K没法设置让单独一个电子怎么运 ...

谢谢卢老师,还想请教一下AIMD是否可以做过渡态的搜索?因为文章中没有专门写搜索过渡态的过程,所以比较疑惑。(如帖子图4)

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发表于 Post on 2026-4-11 11:20:14 | 显示全部楼层 Show all
northern_mar 发表于 2026-4-11 09:48
谢谢卢老师,还想请教一下AIMD是否可以做过渡态的搜索?因为文章中没有专门写搜索过渡态的过程,所以比较 ...

完全是两码事
搜索过渡态属于静态计算范畴
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发表于 Post on 2026-4-11 11:21:28 | 显示全部楼层 Show all
northern_mar 发表于 2026-4-11 09:38
好的,谢谢您!
也感觉蛮奇怪的,因为论文中认为的机理是水合电子跟氢离子结合成氢自由基,然后再活化N2 ...

这种结合过程本来就能用AIMD跑出来
北京科音CP2K第一性原理计算培训班(http://www.keinsci.com/KFP)里给了水合电子的AIMD模拟例子,倘若体系里有水合质子,当MD过程中二者碰上的时候就会出现氢自由基
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-4-13 08:46:52 | 显示全部楼层 Show all
sobereva 发表于 2026-4-11 11:21
这种结合过程本来就能用AIMD跑出来
北京科音CP2K第一性原理计算培训班(http://www.keinsci.com/KFP)里 ...

谢谢卢老师,我回去再重新看看讲义

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发表于 Post on 6 day ago | 显示全部楼层 Show all
电子注入水溶液后,会快速(飞秒-皮秒尺度)被溶剂化,形成“水合电子”(hydrated/solvated electron),其电荷分布在周围水分子形成的腔(cavity)中,CP2k好像不能描述单个电子,建议这个你可以尝试用一下QM/MM尝试一下,高斯以及ORCA是可以用鬼原子开描述电荷的,你用packmol 建立一个水的团簇模型,来模拟电子注入水团簇并生成水合电子过程,不过过程比较复杂,如果速度快~还涉及到了电子激发~然后再用结合这个结构重新生成水盒子,外层的水用可以用TIP4P力场来处理,这个gmx是可以做的,我记得gmx和ORCA是有接口的,你可以试试,不过整体来看肯定更复杂,后续模拟肯定也不如AIMD,但可以模拟电子进入水溶液碰撞持续得过程~的看测重点在哪

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傻傻的木瓜

发表于 Post on 6 day ago | 显示全部楼层 Show all
cyh时代 发表于 2026-5-12 03:26
电子注入水溶液后,会快速(飞秒-皮秒尺度)被溶剂化,形成“水合电子”(hydrated/solvated electron), ...

什么叫“好像不能描述单个电子”,我没听说过CP2K和其他量子化学软件在这方面有什么区别,也没看懂什么叫“用鬼原子开描述电荷的”。

不考虑合理计算量内模拟得动的时空尺度的问题,我觉得能用QM/MM描述的没有理由不能用纯QM来描述。退一步讲,CP2K也有原生QM/MM以及和GROMACS联用做QM/MM的功能。
√546=23.36664289109

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发表于 Post on 6 day ago | 显示全部楼层 Show all
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2026-5-12 07:37
什么叫“好像不能描述单个电子”,我没听说过CP2K和其他量子化学软件在这方面有什么区别,也没看懂什么叫 ...

之前听过卢老师说对于周期性体系可以挖取团簇来当成孤立体系计算,对于一些离子体系要用背景电荷补偿,不就是通过鬼原子来描述嘛,以及我记得之前卢老师讲过一个实例,好像就是电子轰击乙烯,使得乙烯裂解的过程,电子打入水中的过程CP2K是模拟不了的,所以我想着可不可以可以先用ORCA来描述这个过程

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 楼主 Author| 发表于 Post on 5 day ago | 显示全部楼层 Show all
cyh时代 发表于 2026-5-12 16:09
之前听过卢老师说对于周期性体系可以挖取团簇来当成孤立体系计算,对于一些离子体系要用背景电荷补偿,不 ...

您好~请问是在哪个培训班的案例呀?我报了cp2k和初级量化班没看到这个案例,也想学习一下要怎么操作

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